EP1394013A2 - Spielfreies Planetenradgetriebe - Google Patents

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EP1394013A2
EP1394013A2 EP03017916A EP03017916A EP1394013A2 EP 1394013 A2 EP1394013 A2 EP 1394013A2 EP 03017916 A EP03017916 A EP 03017916A EP 03017916 A EP03017916 A EP 03017916A EP 1394013 A2 EP1394013 A2 EP 1394013A2
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EP
European Patent Office
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planetary gear
backlash
gear
shaft
planet
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Withdrawn
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EP03017916A
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English (en)
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EP1394013A3 (de
Inventor
Andreas Eisenhuth
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Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
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Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/2863—Arrangements for adjusting or for taking-up backlash
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H2001/2881—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion comprising two axially spaced central gears, i.e. ring or sun gear, engaged by at least one common orbital gear wherein one of the central gears is forming the output

Definitions

  • the invention relates to a backlash-free planetary gear, in particular for a steering system of a vehicle according to the preamble of claim 1.
  • DE 197 23 358 A 1 describes a motor-operated power steering system for vehicles with a superposition gear for superimposed transmission of the rotation angle of two transmission inputs acted upon by a steering wheel or servo motor Steering gear acting transmission output known.
  • the superposition gear has a sun gear hub forming the transmission output, one the first transmission input forming sun gear sleeve and one forming the second transmission input Planet carrier, which are arranged concentrically to each other. From the planet gears of the planet carrier are each rotatably connected to each other and rotatable coaxially about an axis fixed in the planet carrier and in permanent Engagement with the sun gear axis and the sun gear sleeve arranged.
  • gear transmissions such as planetary gear transmissions
  • manufacturing-related tolerances such as tooth thickness dimension, flank shape error, concentricity error, pitch error and Center distance deviations on. Between the flanks of the gears is to clamp to avoid having a game.
  • a planetary gear which allows the backlash to be free of play, is out known from DE 197 12 516 A1.
  • planet gears and meshing with them Sun gears with as conical spur gears, with continuously changing over the tooth width Profile shift formed and arranged axially displaceable on their shafts.
  • the Gears of the planetary gear are pressed against each other by means of disc springs.
  • Such a planetary gear is complex and not inexpensive to produce.
  • DE 100 36 937 A1 is a backlash-free planetary gear with at least two stepped planets removable with helical toothed planet gears.
  • the planet gears are with gears of the planetary gear in meshed engagement.
  • a stepped planet executed torsionally elastic and in the prestressed state in the Planetary gear installed.
  • this is required Planetary gearboxes of various types and a special planet How to install the gearbox.
  • the invention has for its object a planetary gear of the generic type Kind in such a way that in a cost-effective production in a simple manner Free play of the planetary gear is enabled.
  • a planetary gear which has a first shaft two helical planetary gears fixed on it at a distance and has a second shaft with the same planet gears, the shafts being coaxial Gears are arranged with which the planet gears are engaged and in opposite Springing towards each other is easy to play causes the planetary gear.
  • the shafts always have the same radial distance to the gears, which is different than with radial suspension of the planet gears or their waves no wobbling of the planet gears, no wobbling of the planet gears leading helical gear or a playful free running of not suspended planet gears is possible. Stochastic noises from the planetary gear are excluded.
  • the planet gears preferably form step planets with the shafts which are identical and inexpensive to manufacture in a known manner.
  • a third shaft with two more in the planetary gear arrange helical planet gears and the shafts coaxial with the same or to arrange different angular dimensions to each other.
  • each planet gear of each shaft meshes with a first sun gear, which is preferably non-rotatably connected to a steering input shaft, and in each case one planet gear meshes with a second sun gear, which is non-rotatably connected to a steering output shaft.
  • the helix angle of the toothing is selected so that the tooth flank play is used up with a small axial displacement of the shafts against each other.
  • the pitches of the two gears are different.
  • the gear axes remain unchanged.
  • the steering output shaft is preferably rotationally fixed with a pinion of a rack and pinion steering gear connected.
  • the planetary gear can be part of a hydraulic rack and pinion steering be and also be designed as a superposition gear.
  • the planetary gear has a frame or a planet carrier on that rotatable about an axis parallel to the shafts of the planet gears is.
  • the frame is preferably driven by an electric motor.
  • planetary gear 1 is a partially schematic longitudinal section of a planetary gear 1 shown in a rack and pinion hydraulic steering of a motor vehicle.
  • a planet carrier trained frame 20 In one as a planet carrier trained frame 20 are stepped planets 10, 11 mounted on roller bearings and held. The stepped planet 10, 11 have the same angular distance to one further planetary stages 23 and are constructed almost identically.
  • the planet gears 3, 6 and 13 mesh with their helical gears with a gear 8, a first sun gear 15, which rotatably with a steering input shaft 17 a steering handle 25 is connected.
  • the planetary gear 1 On the output side, the planetary gear 1 has a second gear 9, a sun gear 16, which is rotatably connected to a pinion 19 via a steering output shaft 18 is. With the second gear 9 mesh the planet gears 4, 7 and 14, the teeth the planet gears 3, 6 and 13 have different pitches than the toothing the planet gears 4, 7 and 14.
  • the pinion 19 is part of a rack and pinion steering gear 26 and meshes with a rack 27.
  • the rack 27 is known in the Way via tie rods and wheel steering levers with steerable wheels of the vehicle articulated.
  • the helix angle ⁇ of the toothing of the planet and sun gears is selected so that with a small axial displacement of the planet gears 3, 4, 6, 7, 13, 14 against the sun gears 15, 16 the backlash is used up.
  • the first shaft 2 is biased in the direction of arrow F 1 to release the planetary gear 1.
  • the second shaft 5 is biased in the direction of arrow F 2 .
  • the axial prestressing of the shafts 2, 5 can take place via spring elements made of steel, an elastomer or with the aid of magnets and other devices or machine elements which generate a prestress. In this way, low-noise operation and freedom from backlash of the planetary gear are ensured with a simple structure.
  • the shafts 2, 5 and 12 in one Frame 20 which is designed as a planet carrier, are mounted.
  • the frame 20 can be about a with the longitudinal central axis 28 of the sun gears 15, 16 rotate congruent axis 21.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Planetenradgetriebe 1, insbesondere für eine Lenkung eines Fahrzeugs, mit einer ersten Welle 2 auf der zwei schrägverzahnte Stirnrad-Planetenräder 3, 4 festgelegt sind. Eine zweite Welle 5 trägt ebenfalls zwei schrägverzahnte Stirnrad-Planetenräder 6, 7. Die Wellen 2, 5 sind parallel um Zahnräder 8, 9 angeordnet, die drehfest mit einer Lenkeingangswelle 17, bzw. Lenkausgangswelle 18 verbunden sind, wobei die Planetenräder mit den Zahnrädern kämmen. Zur Spielfreistellung des Planetenradgetriebes 1 sind die Wellen 2, 5 in entgegengesetzter Richtung zueinander axial vorgespannt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein spielfreies Planetenradgetriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 197 23 358 A 1 ist ein motorbetriebenes Servolenksystem für Fahrzeuge mit einem Überlagerungsgetriebe zur überlagerten Drehwinkelübertragung von zwei von einem Lenkrad oder Servomotor beaufschlagten Getriebeeingängen auf einen ein Lenkgetriebe beaufschlagenden Getriebeausgang bekannt. Das Überlagerungsgetriebe weist eine den Getriebeausgang bildende Sonnenradnabe, eine den ersten Getriebeeingang bildende Sonnenradhülse und einen den zweiten Getriebeeingang bildenden Planetenradträger auf, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Von den Planetenrädern des Planetenradträgers sind jeweils zwei miteinander drehfest verbunden und koaxial um eine im Planetenradträger festgelegte Achse drehbar und im ständigen Eingriff mit der Sonnenradachse und der Sonnenradhülse angeordnet.
Bei Zahnradgetrieben, wie Planetenradgetrieben, treten herstellungsbedingte Toleranzen, wie Zahndickenabmaß, Flankenformfehler, Rundlauffehler, Teilungsfehler und Achsabstandsabweichungen auf. Zwischen den Flanken der Zahnräder ist, um Klemmen zu vermeiden, ein Spiel vorhanden.
Dieses Zahnflankenspiel ist bei Fahrzeuglenkungen störend, da in diesem Anwendungsfall Spielfreiheit in beide Drehrichtungen erforderlich ist.
Ein Planetenradgetriebe, welches Spielfreiheit der Verzahnungen ermöglicht, ist aus der DE 197 12 516 A1 bekannt. Dabei sind Planetenräder und mit diesen kämmende Sonnenräder mit als konische Stirnräder, mit über die Zahnbreite stetig verändernder Profilverschiebung ausgebildet und auf ihren Wellen axial verschieblich angeordnet. Die Zahnräder des Planetenradgetriebes werden mittels Tellerfedern gegeneinander gepresst.
Ein solches Planetenradgetriebe ist aufwändig und nicht kostengünstig darstellbar.
Der DE 100 36 937 A1 ist ein spielfreies Planetenradgetriebe mit zumindest zwei Stufenplaneten mit schrägverzahnten Planetenrädern entnehmbar. Die Planetenräder sind mit Zahnrädern des Planetenradgetriebes in verzahntem Eingriff. Zur Vermeidung von Spiel in der Verzahnung zwischen den Planetenrädern und den Zahnrädern ist mindestens ein Stufenplanet drehelastisch ausgeführt und in vorgespanntem Zustand in dem Planetenradgetriebe eingebaut. Zur Darstellung von Spielfreiheit bedarf es bei diesem Planetenradgetriebe verschiedenartig gestalteter Stufenplaneten und einer speziellen Montageweise des Getriebes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetenradgetriebe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass bei kostengünstiger Herstellung auf einfache Weise Spielfreiheit des Planetenradgetriebes ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird mit einem Planetenradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass ein Planetenradgetriebe geschaffen ist, welches eine erste Welle mit zwei darauf mit Abstand festgelegten, schrägverzahnten Stirnrad-Planetenrädern und eine zweite Welle mit gleichen Planetenrädern aufweist, wobei die Wellen koaxial um Zahnräder angeordnet sind, mit denen die Planetenräder in Eingriff sind und in entgegengesetzter Richtung zueinander angefedert sind, ist auf einfache Weise Spielfreiheit des Planetenradgetriebes bewirkt. Die Wellen haben immer denselben radialen Abstand zu den Zahnrädern, wodurch anders als bei radialer Anfederung der Planetenräder oder deren Wellen kein Taumeln der Planetenräder, kein Taumeln eines die Planetenräder führenden Schraubenrades oder ein spielbehaftetes freies Mitlaufen von nicht angefederten Planetenrädern möglich ist. Stochastische Geräusche des Planetenradgetriebes sind dadurch ausgeschlossen.
Durch die Anfederung oder Vorspannung der beiden Wellen in entgegengesetzte Richtungen ist das Planetenradgetriebe als Ganzes spielfrei verspannt.
Bevorzugt bilden die Planetenräder mit den Wellen Stufenplaneten, die identisch sind und kostengünstig und in bekannter Weise zu fertigen sind.
Es kann zweckmäßig sein, in dem Planetenradgetriebe eine dritte Welle mit zwei weiteren schrägverzahnten Planetenrädern anzuordnen und die Wellen koaxial mit gleichem oder unterschiedlichem Winkelmaß zueinander anzuordnen.
Jeweils ein Planetenrad einer jeden Welle kämmt mit einem ersten Sonnenrad, das bevorzugt mit einer Lenkeingangswelle drehfest verbunden ist und jeweils ein Planetenrad kämmt mit einem zweiten Sonnenrad, das drehfest mit einer Lenkausgangswelle verbunden ist.
Der Schrägungswinkel der Verzahnungen ist so gewählt, dass bei geringer axialer Verschiebung der Wellen gegeneinander das Zahnflankenspiel aufgebraucht ist. Die Steigungen der beiden Verzahnungen ist dabei unterschiedlich. Die Verzahnungsachsen bleiben unverändert.
Die Lenkausgangswelle ist bevorzugt drehfest mit einem Ritzel eines Zahnstangen-Lenkgetriebes verbunden. Das Planetenradgetriebe kann Teil einer Hydro-Zahnstangenlenkung sein und auch als Überlagerungsgetriebe ausgebildet sein.
Zu diesem Zweck weist das Planetenradgetriebe ein Gestell oder einen Planetenradträger auf, das um eine zu den Wellen der Planetenräder parallele Achse drehbar ist. Das Gestell ist bevorzugt von einem Elektromotor angetrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1
einen teilweisen Längsschnitt mit Ansicht eines Planetenradgetriebes,
Fig. 2
einen Querschnitt durch das Planetenradgetriebe entlang der Linie II - II in Fig. 1.
In Fig. 1 ist in einem teilweisen schematischen Längsschnitt ein Planetenradgetriebe 1 in einer Zahnstangen-Hydrolenkung eines Kraftfahrzeugs gezeigt. In einem als Planetenradträger ausgebildeten Gestell 20 sind Stufenplaneten 10, 11 über Wälzlager gelagert und gehalten. Die Stufenplaneten 10, 11 haben gleichen Winkelabstand zu einem weiteren Stufenplaneten 23 und sind annähernd identisch aufgebaut.
Dazu ist auf jeweils einer Welle 2, 5 und 12 mit axialem Abstand zueinander jeweils ein Planetenrad 3, 4, 6, 7, 13, 14 auf den Wellen festgelegt.
Die Planetenräder 3, 6 und 13 kämmen mit ihren Schrägverzahnungen mit einem Zahnrad 8, einem ersten Sonnenrad 15, das drehfest über eine Lenkeingangswelle 17 mit einer Lenkhandhabe 25 verbunden ist.
Abtriebsseitig weist das Planetenradgetriebe 1 ein zweites Zahnrad 9, ein Sonnenrad 16 auf, das drehfest mit einem Ritzel 19 über eine Lenkausgangswelle 18 verbunden ist. Mit dem zweiten Zahnrad 9 kämmen die Planetenräder 4,7 und 14, wobei die Verzahnungen der Planetenräder 3, 6 und 13 andere Steigungen haben als die Verzahnungen der Planetenräder 4, 7 und 14. Das Ritzel 19 ist Teil eines Zahnstangen-Lenkgetriebes 26 und kämmt mit einer Zahnstange 27. Die Zahnstange 27 ist in bekannter Weise über Spurstangen und Radlenkhebel mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs gelenkig verbunden.
Der Schrägungswinkel β der Verzahnungen der Planeten- und Sonnenräder ist so gewählt, dass bei einer geringen axialen Verschiebung der Planetenräder 3, 4, 6, 7, 13, 14 gegen die Sonnenräder 15, 16 das Zahnflankenspiel aufgebraucht ist.
Die erste Welle 2 ist zur Spielfreistellung des Planetenradgetriebes 1 in Pfeilrichtung F1 vorgespannt. In entgegengesetzter Richtung zu F1 ist die zweite Welle 5 in Pfeilrichtung F2 vorgespannt. Die axiale Vorspannung der Wellen 2, 5 kann über Federelemente aus Stahl, einem Elastomeren oder mit Hilfe von Magneten und anderen, eine Vorspannung erzeugenden Vorrichtungen oder Maschinenelementen erfolgen. Auf diese Weise ist ein geräuscharmer Betrieb und Spielfreiheit des Planetenradgetriebes bei einfachem Aufbau gewährleistet.
In dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Planetenradgetriebe 1 als Überlagerungsgetriebe ausgebildet, wobei die Wellen 2, 5 und 12 in einem Gestell 20, das als Planetenradträger ausgebildet ist, gelagert sind. Zur additiven Verknüpfung einer Drehbewegung an der Lenkhandhabe 25 mit Stellwegen eines als Elektromotor 22 ausgebildeten Aktuators lässt sich das Gestell 20 um eine mit der Längsmittelachse 28 der Sonnenräder 15, 16 kongruenten Achse 21 drehen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Planetenradgetriebe
2
Welle, erste
3
Planetenrad
4
Planetenrad
5
Welle, zweite
6
Planetenrad
7
Planetenrad
8
Zahnrad
9
Zahnrad
10
Stufenplanet
11
Stufenplanet
12
Welle, dritte
13
Planetenrad
14
Planetenrad
15
Sonnenrad, erstes
16
Sonnenrad, zweites
17
Lenkeingangswelle
18
Lenkausgangswelle
19
Ritzel
20
Gestell
21
Achse
22
Elektromotor
23
Stufenplanet
25
Lenkhandhabe
26
Zahnstangenlenkgetriebe
27
Zahnstange
28
Längsmittelachse
β
Schrägungswinkel
F1
Pfeil
F2
Pfeil

Claims (13)

  1. Spielfreies Planetenradgetriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Fahrzeugs, mit einer ersten Welle (2), auf der zwei schrägverzahnte Stirnrad-Planetenräder (3, 4) festgelegt sind, und mit einer zweiten Welle (5), auf der zwei schrägverzahnte Stirnrad-Planetenräder (6, 7) festgelegt sind, wobei die Planetenräder (3, 4, 6, 7) mit Zahnrädern (8, 9) des Planetenradgetriebes (1) in Eingriff sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (2, 5) in Axialrichtung vorgespannt ist.
  2. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (2) in entgegengesetzter Richtung wie die zweite Welle (5) axial vorgespannt ist.
  3. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen der Stirnrad-Panetenräder (3, 4, 6, 7) unterschiedliche Steigungen aufweisen.
  4. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (3, 4, 6, 7) mit den Wellen (2, 5) Stufenplaneten (10, 11) bilden.
  5. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Planetenräder (13, 14) auf einer dritten Welle (12) in Eingriff mit den Zahnrädern (8, 9) sind.
  6. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Planetenrad (3, 6, 13) der Wellen (2, 5, 12) mit einem ersten Sonnenrad (15) und jeweils ein Planetenrad (4, 7, 14) der Wellen (2, 5, 12) mit einem zweiten Sonnenrad (16) kämmt.
  7. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägungswinkel (β) der Verzahnung der Planetenräder (3, 4, 6, 7, 13, 14) so gewählt ist, dass eine geringe axiale Verschiebung der Wellen (2, 5, 12) zu einem Aufbrauch des Zahnflankenspiels führt.
  8. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (15) drehfest mit einer Lenkeingangswelle (17) und das zweite Sonnenrad (16) drehfest mit einer Lenkausgangswelle (18) verbunden ist.
  9. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkausgangswelle (18) drehfest mit einem Ritzel (19) eines Zahnstangen-Lenkgetriebes (26) verbunden ist.
  10. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradgetriebe (1) Teil einer Zahnstangen-Hydrolenkung ist.
  11. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (2, 5, 12) in einem Gestell (20) geführt sind und das Gestell (20) um eine zu den Wellen (2, 5, 12) parallele Achse (21) drehbar gelagert ist.
  12. Spielfreies Planetenradgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (20) von einem Elektromotor (22) drehbar betätigt ist.
  13. Spielfreies Planetenradgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnrad-Planetenräder (3, 4, 6, 7) und die Zahnräder (8, 9) nicht konisch ausgebildet sind.
EP03017916A 2002-08-30 2003-08-06 Spielfreies Planetenradgetriebe Withdrawn EP1394013A3 (de)

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EP1394013A2 true EP1394013A2 (de) 2004-03-03
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